Общие сведения о микросхемах ТТЛ.

Интегральные схемы транзисторно-транзисторной логики (ИС ТТЛ) в настоящее время являются распространенными микросхемами, которые используются в качестве элементной базы ЭВМ. Сейчас усилия разработчиков и технологов ИС ТТЛ направлены на расширение функционального состава отдельных серий, усложнение выполняемых функций, улучшение рабочих характеристик ИС.

Каждая серия ИС ТТЛ имеет определенный набор микросхем различного функционального назначения. Совокупность этих микросхем называют функциональным рядом. В различных сериях существуют микросхемы одинакового функционального назначения, имеющие одинаковую структурную схему, условное обозначение и схему подключения (цоколевку). Однако такие микросхемы имеют отличия в технологии изготовления, различные корпуса и существенные отличия в параметрах.

Для построения устройств автоматики и вычислительной техники широкое применение находят цифровые микросхемы серии К155, которые изготавливают по стандартной технологии биполярных микросхем транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ). Имеется свыше 100 наименований микросхем серии К155. При всех своих преимуществах - высоком быстродействии, обширной номенклатуре, хорошей помехоустойчивости - эти микросхемы обладают большой потребляемой мощностью.

Поэтому им на смену выпускают микросхемы серии К555, принципиальное отличие которых - использование транзисторов с коллекторными переходами, зашунтированными диодами Шоттки. В результате транзисторы микросхем серии К555 не входят в с насыщение, что существенно уменьшает задержку выключения транзисторов. К тому же они значительно меньших размеров, что уменьшает емкости их p-n-переходов. В результате при сохранении быстродействия микросхем серии К555 на уровне серии К155 удалось уменьшить ее потребляемую мощность примерно в 4...5 раз.

Дальнейшее развитие микросхем серий ТТЛ - разработка микросхем серии КР1533. Основное эксплуатационное отличие их от схем серии К555 - в 1.5...2 раза меньше потребляемая мощность при сохранении и повышении быстродействия.

Средняя задержка распространения элементов микросхем серии К155, К555, КР1533 примерно 15...20 не. В случаях, когда требуется более высокое быстродействие, используют микросхемы серии KP531t

При разработке принципиальных схем различных устройств, всегда возникает вопрос: что делать с неиспользуемыми входами интегральных микросхем. Если по логике работы на вход необходимо подать лог. О, то его соединяют с общим проводом, если лог. 1 - возможны варианты. Во-первых, неиспользуемые входы микросхем серии К155 можно никуда не подключать, то есть подпаивать к контактной площадке минимальных размеров, к которой (это важно) не подключены никакие проводники. Но при этом несколько уменьшается быстродействие микросхем. Для микросхем серий К555, КР531, КР1533 оставлять входы неподключенными не допускается. Во-вторых, возможно подключение неиспользуемых входов к используемым входам того же элемента, но это увеличивает нагрузку на микросхему-источник сигнала, что также снижает быстродействие.

Недопустимо подключать ко входу микросхемы проводник, который во время работы может оказаться неподключенным к выходу источника сигнала, например при управлении от кнопки или переключателя, так как это резко снижает помехоустойчивость устройства.

Входной и выходной блоки состоят из набора регистровых микросхем, предназначенных для хранения информации и выдачи её на операционное устройство и набора буферных микросхем.

В качестве буферов выбираем двухпортовый восьмиразрядный двунаправленный буфер К555АП6.

Логический элемент 2И.

В качестве логического элемента «2И» выбираем микросхему К555ЛИ1. Микросхема представляет из себя четыре логических элемента «2И».

Параметры микросхемы:

- напряжение питания, 5В;

Рисунок 3.1 - Условно-графическое обозначение К555АП6: А0-А7 - входы/выходы шины А; В0-В7 - входы/выходы шины В; D1 - вход разрешение пересылки с ш.А на ш.В; ЕZ - вход разрешения третьего состояния.

Таблица 3.1 - Таблица истинности 2И

- выходное напряжение низкого уровня, ?0,5В;

- выходное напряжение высокого уровня, ?2,7В;

- ток потребления, ?9,8мА;

- потребляемая мощность, 42мВт;

- время задержки распространения сигнала, ?22 нс.

В качестве логического элемента «НЕ» выбираем микросхему К155ЛН1. Микросхема представляет из себя шесть логических элементов «НЕ».

Параметры микросхемы:

- напряжение питания, 5В;

Таблица 3.2 - Таблица истинности НЕ

- выходное напряжение низкого уровня, ?0,5В;

- выходное напряжение высокого уровня, ?2,7В;

- ток потребления, ?6,6мА;

- потребляемая мощность, 21мВт;

- время задержки распространения сигнала, ?32 нс.

Микросхема КР1533ИД3 представляет собой дешифратор 4 на 16.

При работе микросхемы в качестве дешифратора входы А0-А3 являются информационными - на них задается исходный двоичный код. Входы CS1, CS2 являются стробирующими - для работы дешифратора на оба эти входа должен быть подан низкий логический уровень ("0").

Все выходы дешифратора Y0..Y15 имеют инверсию т.е. активный уровень на выходе - низкий ("0").

Основные характеристики КР1533ИД3:

Напряжение питания, +5В ±10%

Выходное напряжение лог.0 <0,4В

Выходное напряжение лог.1 >2,4В

Ток потребления, max 15мА

Типовая задержка, 32-36нс

Микросхема К155ИЕ5 - двоичный счетчик. Микросхема представляет собой двоичный счетчик. Каждая ИМС состоит из четырех JK-триггеров, которые соединены соответствующим образом для образования счетчика-делителя на 2 и 8. Установочные входы обеспечивают прекращение счета и одновременно возвращают все триггеры в состояние низкого уровня (на входы R0(1) и R0(2) подается высокий уровень). Выход Q1 не соединен с последующими триггерами. Если ИМС используется как четырехразрядный двоичный счетчик, то счетные импульсы подаются на вход С1, а если как трехразрядный -- то на вход С2. Назначение выводов: 1 -- вход счетный С2; 2 -- вход установки в 0 R0(1); 3 -- вход установки в 0 R0(2); 4 ,5, 7 ,13 -- свободные; 5 -- питание (+Uп); 8 -- выход Q3; 9 -- выход 2; 10 -- общий; 11 -- выход Q4; 12 -- выход Q1; 14 -- вход счетный С1.

Рисунок 3.2 - Условно-графическое обозначение КР1533ИД3

Электрические параметры микросхемы:

Номинальное напряжение питания, 5±5%В

Выходное напряжение низкого уровня, ?0,4В

Выходное напряжение высокого уровня, ?2,4В

Ток потребления, ?53мА

Время задержки распространения, ?135нс

Микросхема NE556 представляет собой высокостабильный контроллер, способный создавать точные временные задержки или колебания. Модели 556 и 556-1 представляют собой сдвоенные модели 555. Синхронизация обеспечивается внешним резистором и конденсатором для каждой функции синхронизации. Два таймера работают независимо друг от друга.

Схемы могут срабатывать и сбрасываться при падающих сигналах. Выходные структуры могут потреблять или выдавать ток 200мА.

Рисунок 3.3 - Условно-графическое обозначение К155ИЕ5

Рисунок 3.4 - Схема функциональная NE556

В качестве схемы умножения применяем микросхему 74274. Микросхема 74274 позволяет умножать 4-разрядные двоичные числа. Схема имеет выходы с тремя состояниями.

4-разрядные слова А и В, которые должны быть перемножены, поступают на соответствующие входы 74274. 8-разрядное произведение получают на выходах без использования дополнительных внешних функциональных элементов.

Рисунок 3.5 - Схема расположения выводов NE556

Рисунок 3.6 - Условно-графическое обозначение 74274: А0-А3 - входы операнда А; В0-В3 - входы операнда В; АВ0-АВ7 - выходы результата; G1-G2 - входы разрешения работы (снятие состояния «3С»).

Все выходы 74274 переходят в высокоомное (третье) состояние, когда на входы G1 и G2 подается напряжение высокого уровня. Если длина вводимого слова превышает 4 бита, то схему можно легко расширить.

Технические данные микросхемы:

- напряжение питания, 5В;

- ток потребления, не более 105мА;

- максимальное время прохождения сигнала, не более 50нс.

4. Разработка и описание работы принципиальной схемы

На устройство умножения двух чисел поступают данные, а именно операнды А и В по 8-разрядной шине.

Буферы DD11, DD13 имеют три состояния. Устройство управления (генератор тактовых импульсов) снимает третье состояние с DD11, и данные поступают с разъёма XS1 через буфер данных DD11 на схему умножения DD12.

Буфер DD13 принимает результат измерения по команде генератора тактовых импульсов.

Светодиоды VD1-VD8 отображают результат операции.

Работой устройства управляет генератор тактовых импульсов. Генератор тактовых импульсов построен по типовой схеме, основанной на таймере DD1 с делителем частоты в виде счётчика DD2, дешифраторе DD3, который предназначен для преобразования тактового сигнала в 16 отдельных сигналов сдвинутых на период относительно друг друга с помощью простой логики DD4-DD10.

5. Расчётная часть

Произведём расчёты генератора тактовых импульсов.

Длительность импульса на выходе 5 микросхемы DD1 рассчитывается по формуле:

Длительность импульса на выходе 9 микросхемы DD1 рассчитывается по формуле:

Резистор R3 рассчитывается из выражения:

Принимаем частоту генерации 100кГц, то есть период частоты генерации выходного импульса в пакете равен 10мкс.

Длительность формирования 16 импульсов составит Т1=160мкс. Принимаем сопротивление резистора R1 = 100кОм и рассчитываем С1:

Выбираем С1 = 1500пФ.

Принимаем сопротивление резистора R2 = 100кОм и рассчитываем С4:

Выбираем С4 = 72пФ.

Резистор R3 рассчитывается из выражения:

элементный умножение импульс генератор

Заключение

Итогом выполнения курсового проекта стала разработка электрических схем устройства умножения двух чисел. В процессе работы пользовался средствами автоматической разработки: Microsoft Office Word 2007, AutoCAD 2004.

Список литературы

1. Хировиц П. Цифровые микросхемы. Справочник / - М.: 1998. - 345 с.: ил.

2. Справочник по цифровым логическим микросхемам. Справочник./ Шульгин О.А., Шульгина И.Б., Воробьев А.Б. электронный.

Приложение

Размещено на Allbest.ru